原子對分布函式方法對ZrNiSn基half-Heusler熱電材料結構缺陷的研究

《原子對分布函式方法對ZrNiSn基half-Heusler熱電材料結構缺陷的研究》是依託江蘇大學，由糜建立擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：原子對分布函式方法對ZrNiSn基half-Heusler熱電材料結構缺陷的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：糜建立
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

熱電材料提供了一種安全可靠、全固態的發電和製冷方式，能夠將廢熱直接轉化為電能，在新能源技術領域具有重要的套用前景。ZrNiSn基half-Heusler材料作為一種新型熱電材料，其結構無序（如晶體缺陷和第二相納米顆粒等）對熱電性能有非常重要的影響。然而長期以來一直缺少直接、有效的實驗方法來研究這些缺陷和第二相納米顆粒結構。本申請項目將採用對分布函式方法研究ZrNiSn基half-Heusler熱電材料中的結構缺陷。由全散射實驗獲得的對分布函式同時包含布拉格衍射和漫散射的信息，不僅能夠提供材料中的長程原子有序結構，還包括了原子短程結構的信息，因此對分布函式方法非常適合用來研究材料的晶體缺陷和納米顆粒的結構。通過對ZrNiSn基材料的晶體結構和缺陷機理加以細緻、翔實的分析，理解其與熱電性能的關係，有助於進一步了解熱電材料，為尋找和設計具有高性能、低成本的熱電材料提供指導。

結題摘要

正確了解材料的晶體結構和結構缺陷對進一步理解和預測材料性能至關重要。本項目針對熱電材料及其他能源材料存在的納米合成、晶體結構和結構缺陷等問題，利用先進晶體學研究方法，如同步輻射X射線衍射（SR-PXRD）和對分布函式（PDF）方法，探索材料的形成過程、結構和缺陷等，揭示材料的製備、結構與性能之間的關係。本項目利用Fullprof，Jana2006等軟體對SR-PXRD數據進行Rietveld精修，結合對分布函式（PDF），最大熵法（MEM）等先進分析方法，獲得原位合成納米材料的形成機理和形核與生長動力學過程，以及更加合理、準確地得出材料的晶體結構和結構缺陷。我們揭示了MgAgSb的晶體結構和結構缺陷，合理地解釋了MgAgSb材料結構與性能的關係，認為弱化學鍵和原子缺陷的存在導致了低溫相α-MgAgSb的低熱導率，而高溫相γ-MgAgSb存在很大的無序度，表現為Mg和Ag原子的混合占位以及大量空位的存在，這是導致γ-MgAgSb具有較低熱導率的主要原因；提出了水熱合成Bi2-xSbxTe3（x = 0-2）納米材料的形成機制，闡述了納米材料結構缺陷形成機制；利用粉末XRD解析了新型固態電解質Na3PSe4的晶體結構，發現結構中部分Na占據12d空位，形成Na離子通道，揭示了其離子導電機制；提出了銳鈦礦TiO2納米顆粒的OH缺陷模型，發現TiO2納米顆粒內部是有序結構，而表面是一層包含OH缺陷的無定型結構。此外，我們還研究了Pt納米材料、PtRu雙金屬納米材料的形核和生長機制，並在一些新型材料的氧還原催化機理方面開展了探索性研究工作。